Проста верига за проследяване на крива: проследяване на кривата за резистор, диод и транзистор

По-голямата част от електрониката се занимава с криви на проследяване, било то характеристичната крива на трансфер за обратна връзка, права линия на резистор VI или напрежение на колектора на транзистора спрямо кривата на тока.

Тези криви ни дават интуитивно разбиране за това как дадено устройство се държи във верига. Аналитичният подход може да включва включване на дискретни стойности на напрежение и ток в математическа формула и графиране на резултатите, обикновено с оста x, представляваща напрежение и оста y, представляваща ток.

Този подход работи, но понякога е досаден. И както всеки любител на електрониката знае, поведението на компонентите в реалния живот може да варира (често до голяма степен) от формулата, описваща неговата работа.

Тук ще използваме схема (форма на вълната Sawtooth), за да приложим дискретно нарастващо напрежение към компонента, чиято VI крива искаме да нарисуваме и след това да използваме осцилоскоп, за да видим резултатите.

Обикновено криво проследяване

За да начертаем крива в реално време, трябва да приложим последователни дискретни стойности на напрежението към нашето тествано устройство, така че как може да се направи?

Решението на нашия проблем е вълнообразната форма Sawtooth.

Формата на Sawtooth се издига линейно и периодично се връща към нулата. Това позволява прилагане на непрекъснато нарастващо напрежение върху изпитваното устройство и създава непрекъсната следа върху графика (в този случай осцилоскопа).

Осцилоскоп в режим XY се използва за „четене“ на веригата. На оста X е свързан към устройството по време на изпитването и оста Y е свързан с форма на вълната Sawtooth.

Схемата, използвана тук, е проста вариация на трасираща крива, използваща общи части като таймера 555 и операционния усилвател LM358.

Необходими компоненти

1. За таймера

555 таймер - всеки вариант
10uF електролитен кондензатор (отделяне)
100nF керамичен кондензатор (отделяне)
1K резистор (източник на ток)
10K резистор (източник на ток)
BC557 PNP транзистор или еквивалент
10uF електролитен кондензатор (синхронизация)

2. За усилвателя Op-amp

LM358 или сравним OPAMP
10uF електролитен кондензатор (отделяне)
10nF керамичен кондензатор (AC съединител)
10M резистор (AC съединител)
Тестови резистор (зависи от тестваното устройство, обикновено между 50 Ома и няколкостотин Ома.)

Електрическа схема

Работно обяснение

1. Таймерът 555

Използваната тук схема е прост вариант на класическата нестабилна схема 555, която ще работи като генератор на форма на вълната Sawtooth.

Обикновено синхронизиращият резистор се подава през резистор, свързан към захранването, но тук той е свързан към (суров) източник на постоянен ток.

Захранването с постоянен ток работи, като осигурява фиксирано напрежение на отклонение на базовия емитер, което води до (донякъде) постоянен ток на колектора. Зареждането на кондензатор с постоянен ток води до линейна рампа на вълната.

Тази конфигурация извежда изхода директно от изхода на кондензатора (който е търсената рампа с триъгълник), а не от щифт 3, който тук осигурява тесни отрицателни импулси.

Тази схема е умна в смисъл, че използва вътрешния механизъм на 555 за управление на генератор на рампа с постоянен ток-кондензатор.

2. Усилвателят

Тъй като изходът се извлича директно от кондензатора (който се зарежда от източника на ток), наличният ток за захранване на тестваното устройство (DUT) е по същество нула.

За да поправим това, използваме класическия LM358 opamp като буфер за напрежение (и следователно ток). Това донякъде увеличава тока, наличен за DUT.

Формата на кондензатора Sawtooth осцилира между 1/3 и 2/3 Vcc (555 действие), което е неизползваемо при трасиране на криви, тъй като напрежението не намалява от нула, което дава „непълна“ следа. За да се поправи това, входът от 555 е AC, свързан към входа на буфера.

10M резисторът е малко черна магия - беше установено по време на тестването, че ако резисторът не бъде добавен, изходът просто се плува към Vcc и остава там! Това се дължи на паразитния входен капацитет - заедно с високия входен импеданс, той формира интегратор! Резисторът 10M е достатъчен за разреждане на този паразитен капацитет, но не е достатъчен, за да натовари значително веригата с постоянен ток.

Как да подобрим резултатите от проследяването на кривите

Тъй като тази схема включва високи честоти и високи импеданси, е необходима внимателна конструкция за предотвратяване на нежелан шум и трептения.

Препоръчва се достатъчно отделяне. Доколкото е възможно, опитайте се да избягвате борда на тази схема и вместо това използвайте печатни платки или перфборд.

Тази схема е много груба и следователно темпераментна. Препоръчва се захранването на тази верига от променлив източник на напрежение. Дори LM317 ще работи в краен случай. Тази схема е най-стабилна при около 7.5V.

Друго важно нещо, което трябва да имате предвид, е настройката на хоризонталната скала на обхвата - ако е твърде висока, тогава всички нискочестотни шумове правят проследяването неясно и ако е твърде ниско, тогава няма достатъчно данни, за да се получи „пълна“ проследяване. Отново това зависи от настройката на захранването.

Получаването на използваема следа изисква внимателна настройка на настройката на осцилоскопа на времевата база и входното напрежение.

Ако искате полезни измервания, тогава се изисква тестов резистор и познаването на характеристиките на изхода на opamp. С малко математика могат да се получат добри стойности.

Как да използвам Curve Tracer Circuit

Има две прости неща, които трябва да имате предвид - оста X представлява напрежението, а оста Y представлява тока.

На осцилоскоп сондирането на оста X е съвсем просто - напрежението е „такова, каквото е“, т.е. съответства на волта на деление, зададено на осцилоскопа.

Най- Y или настоящи ос е малко по-сложно. Тук не измерваме директно тока, вместо това измерваме напрежението, паднало на тестовия резистор в резултат на тока през веригата.

Достатъчно е, ако измерим върховата стойност на напрежението по оста Y. В този случай това е 2V, както се вижда на предишната фигура.

Така че пиковият ток през тестовата верига е

I _{почистване} = V _пик / R _тест.

Това представлява текущия диапазон на "почистване", от 0 - I _sweep.

В зависимост от настройката графиката може да се простира на толкова раздели на екрана, колкото са налични. Така че токът на деление е просто пиковият ток, разделен на броя на деленията, до които се простира графиката, с други думи линията, успоредна на оста X, където се докосва горният „връх“ на графиката.

Проследяване на криви за диод

Всички гореописани шумове и шумове се виждат тук.

Диодната крива обаче може ясно да се види, като точката на „коляното“ е 0,7 V (обърнете внимание на 500 mV на скала X).

Имайте предвид, че оста X съвпада точно с очакваните 0.7V, което оправдава естеството на отчитане на оста X.

Тестовото съпротивление, използвано тук, беше 1K, така че текущият диапазон беше от 0mA - 2mA. Тук графиката не надвишава две деления (приблизително), така че груб мащаб ще бъде 1mA / деление.

Проследяване на криви за резистор

Резисторите са електрически най-простите устройства, с линейна VI крива, известна още като закон на Ом, R = V / I. Очевидно е, че резисторите с ниска стойност имат стръмни наклони (по-висок I за даден V), а резисторите с висока стойност имат по-леки наклони (по-малък I за даден V).

Тестовото съпротивление тук беше 100 ома, така че текущият диапазон беше 0mA - 20mA. Тъй като графиката се простира до 2,5 деления, токът на деление е 8 mA.

Токът се повишава 16mA за волт, така че съпротивлението е 1V / 16mA = 62 Ohms, което е подходящо, тъй като 100 Om пот беше DUT.

Проследяване на криви за транзистор

Тъй като транзисторът е трикрайно устройство, броят на измерванията, които могат да бъдат направени, е доста голям, но само няколко от тези измервания намират общо приложение, като едно от тях е зависимостта на напрежението на колектора от базовия ток (и двете са свързани със земята, разбира се) при постоянен ток на колектора.

Използването на нашия трасиращ крива това трябва да е лесна задача. Основата е свързана към постоянен отклонение, а оста X към колектора. Тестовото съпротивление осигурява "постоянен" ток.

Получената следа трябва да изглежда по следния начин:

I _B Vs V _CE

Обърнете внимание, че графиката, показана по-горе, е дневник, не забравяйте, че осцилоскопът е линеен по подразбиране.

Така че кривите трасери са устройства, които произвеждат VI следи за прости компоненти и помагат за интуитивно разбиране на характеристиките на компонентите.